[發(fā)明專利]一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310520733.3
• 申請(qǐng)日: 2013-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN103537265A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李立清;姚小龍;李海龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/22
• 分類號(hào): B01J20/22;B01J20/30
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 魏娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭及其制備方法，具體涉及利用有機(jī)試劑在活性炭表面合成親水性有機(jī)官能團(tuán)的過(guò)程；屬于催化改性領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水蒸氣是自然界普遍存在的物質(zhì)之一。但是，在一些特定的環(huán)境中，如精密儀器實(shí)驗(yàn)室、倉(cāng)庫(kù)、石油液化氣站等，需要對(duì)水蒸氣的含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以防止發(fā)生電路短路、腐蝕、冷凝等現(xiàn)象而造成重大安全事故與損失。

吸附法因其操作簡(jiǎn)單、易于回收以及可以避免二次污染而得以廣泛應(yīng)用。而活性炭由于具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、豐富的表面官能團(tuán)以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而成為首選的吸附劑之一。在較低的相對(duì)濕度下，Dimotakis等人（Dimotakis,E.;Cal,M.;Economy,J.;Rood,M.;Larson,S.,Water?Vapor?Adsorption?on?Chemically?Treated?Activated?Carbon?Cloths.Chem?Mater1995,7(12),4.）認(rèn)為活性炭表面親水性官能團(tuán)對(duì)水蒸氣的吸附起到了關(guān)鍵性的作用。親水性官能團(tuán)可以與水分子形成氫鍵，從而促進(jìn)水蒸氣在活性炭中的吸附。

活性炭表面親水性基團(tuán)構(gòu)建的方法有很多，如利用硝酸、硫酸、鹽酸、過(guò)氧化氫等的濕式氧化法；利用臭氧、氧氣、二氧化碳、一氧化碳的氣相氧化法；利用硝酸鐵、硝酸銀等的氧化鹽改性法以及通過(guò)熱-氧聯(lián)合處理的復(fù)合改性法。但是，在這些改性過(guò)程中，活性炭本身要與改性試劑參與反應(yīng)以生成表面官能團(tuán)。活性炭質(zhì)量會(huì)在此過(guò)程中產(chǎn)生較大損失，而且活性炭原有的孔結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到很大的破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是在于提供一種比表面積大，微孔孔系發(fā)達(dá)，負(fù)載有大量親水基團(tuán)的親水性活性炭，該活性炭對(duì)水蒸氣吸附能力強(qiáng)、吸附容量大，且吸附性能穩(wěn)定，重復(fù)使用性好。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中活性炭氧化改性過(guò)程中存在炭損失率大，活性炭的孔結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的缺陷，另一個(gè)目的是在于提供一種操作簡(jiǎn)單、低成本的制備親水性活性炭方法，該方法制得的親水性活性炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比表面積大，炭損失量小，對(duì)水蒸氣吸附能力強(qiáng)、吸附容量大，且吸附性能穩(wěn)定，重復(fù)使用性好。

本發(fā)明提供了一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭，該親水性活性炭由乙酸鈣負(fù)載在活性炭的炭骨架表面構(gòu)成；其中，乙酸鈣的質(zhì)量占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的2～10%。

所述的親水性活性炭中乙酸鈣的質(zhì)量?jī)?yōu)選為占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的3～7%。

所述的負(fù)載是由乙酸乙酯和氫氧化鈣通過(guò)酯水解反應(yīng)生成的乙酸鈣沉積在活性炭的炭骨架表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明還提供了一種親水性活性炭的制備方法，該方法是將水洗、真空干燥處理過(guò)的活性炭原料，在真空條件下經(jīng)700～1000℃高溫處理后，置于飽和氫氧化鈣溶液中浸泡I，再經(jīng)水洗、真空干燥后，得到預(yù)處理活性炭；所得的預(yù)處理活性炭先在真空條件下，300～450℃活化0.5～1.5h，再置于乙酸乙酯中浸泡II后，在真空條件下，70～90℃酯水解反應(yīng)；反應(yīng)所得的活性炭產(chǎn)物，先采用氮?dú)獯祾呙摳剑龠M(jìn)一步在105～125℃真空脫附，即得。

所述的浸泡I時(shí)間為96～120h。

所述的浸泡II時(shí)間為96～120h。

所述的高溫處理時(shí)間為0.5～1.5h。

所述的吹掃脫附直到活性炭質(zhì)量在30min內(nèi)波動(dòng)不超過(guò)5%。

所述的酯水解反應(yīng)時(shí)間為12～24h。

所述的真空脫附時(shí)間為8～24h。

所述的活性炭原料為普通商業(yè)活性炭。

本發(fā)明中親水性活性炭的制備方法包括以下步驟：

（1）預(yù)處理：先用去離子水洗滌去除活性炭中存在的雜質(zhì)后，置于105～125℃真空爐中，在真空條件下烘干；再將真空爐溫度提至700～1000℃并維持0.5～1.5h，以去除活性炭表面已有活性基團(tuán)；

（2）堿處理：將步驟（1）預(yù)處理過(guò)的活性炭原料在室溫下，置于飽和氫氧化鈣溶液中浸泡96～120h；過(guò)濾，用去離子水洗滌5～7次，在105～125℃真空條件下烘干；

（3）活化：將步驟（2）堿處理得到的活性炭在真空條件下，300～450℃活化0.5～1.5h，自然冷卻至室溫；